Canal de potasiu cu tensiune - Voltage-gated potassium channel

Canal eucariot de potasiu
Canal de potasiu, structură într-un mediu asemănător membranei. Limitele de hidrocarburi calculate ale stratului lipidic sunt indicate prin puncte roșii și albastre.
Identificatori
Simbol	Ion_trans
Pfam	PF00520
InterPro	IPR005821
SCOP2	1bl8 / SCOPe / SUPFAM
TCDB	1.A.1
Superfamilia OPM	8
Proteina OPM	2a79
Membranom	217
Structuri proteice disponibile: Pfam   structuri / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum rezumatul structurii

Canal ionic (bacterian)
Canal de potasiu KcsA. Limitele de hidrocarburi calculate ale stratului lipidic sunt indicate prin puncte roșii și albastre.
Identificatori
Simbol	Ion_trans_2
Pfam	PF07885
InterPro	IPR013099
SCOP2	1bl8 / SCOPe / SUPFAM
Proteina OPM	1r3j
Structuri proteice disponibile: Pfam   structuri / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum rezumatul structurii

Canalele de potasiu cu tensiune ( VGKC ) sunt canale transmembranare specifice pentru potasiu și sensibile la modificările de tensiune ale potențialului membranei celulei . În timpul potențialelor de acțiune , acestea joacă un rol crucial în readucerea celulei depolarizate într-o stare de repaus.

Clasificare

Subunități alfa

Subunitățile alfa formează porul de conductanță real. Pe baza omologiei secvenței nucleelor ​​transmembranare hidrofobe, subunitățile alfa ale canalelor de potasiu cu tensiune sunt grupate în 12 clase. Acestea sunt etichetate K _v α1-12. Următoarea este o listă a celor 40 de subunități alfa ale canalului de potasiu cu tensiune umană cunoscute grupate mai întâi în funcție de funcție și apoi subgrupate în conformitate cu schema de clasificare a omologiei secvenței K _v :

Redresator întârziat

inactivând lent sau neinactivând

• K _v α1.x - Legat de shaker : K _v 1.1 ( KCNA1 ), K _v 1.2 ( KCNA2 ), K _v 1.3 ( KCNA3 ), K _v 1.5 ( KCNA5 ), K _v 1.6 ( KCNA6 ), K _v 1.7 ( KCNA7 ), K _v 1,8 ( KCNA10 )
• K _v α2.x - Shab-related: K _v 2.1 ( KCNB1 ), K _v 2.2 ( KCNB2 )
• K _v α3.x - Legat de Shaw: K _v 3.1 ( KCNC1 ), K _v 3.2 ( KCNC2 )
• K _v α7.x: K _v 7.1 ( KCNQ1 ) - KvLQT1 , K _v 7.2 ( KCNQ2 ), K _v 7.3 ( KCNQ3 ), K _v 7.4 ( KCNQ4 ), K _v 7.5 ( KCNQ5 )
• K _v α10.x: K _v 10.1 ( KCNH1 )

Canal de potasiu de tip A

inactivând rapid

• K _v α1.x - Legat de shaker: K _v 1.4 ( KCNA4 )
• K _v α4.x - Shal: K _v 4.1 ( KCND1 ), K _v 4.2 ( KCND2 ), K _v 4.3 ( KCND3 )

Rectificând exterior

• K _v α10.x: K _v 10.2 ( KCNH5 )

Rectificând interior

Trece curentul mai ușor în direcția interioară (în celulă, din exterior).

• K _v α11.x - canale de potasiu eter-a-go-go : K _v 11.1 ( KCNH2 ) - hERG , K _v 11.2 ( KCNH6 ), K _v 11.3 ( KCNH7 )

Activare lentă

• K _v α12.x: K _v 12.1 ( KCNH8 ), K _v 12.2 ( KCNH3 ), K _v 12.3 ( KCNH4 )

Modificator / amortizor de zgomot

Imposibil de a forma canale funcționale ca homotetrameri, ci în schimb heterotetramerizați cu membrii familiei K _v α2 pentru a forma canale conductive.

• K _v α5.x: K _v 5.1 ( KCNF1 )
• K _v α6.x: K _v 6.1 ( KCNG1 ), K _v 6.2 ( KCNG2 ), K _v 6.3 ( KCNG3 ), K _v 6.4 ( KCNG4 )
• K _v α8.x: K _v 8.1 ( KCNV1 ), K _v 8.2 ( KCNV2 )
• K _v α9.x: K _v 9.1 ( KCNS1 ), K _v 9.2 ( KCNS2 ), K _v 9.3 ( KCNS3 )

Subunități beta

Subunitățile beta sunt proteine ​​auxiliare care se asociază cu subunitățile alfa, uneori într-o stoichiometrie α ₄ β ₄ . Aceste subunități nu conduc curent pe cont propriu, ci mai degrabă modulează activitatea canalelor K _v .

• K _v β1 ( KCNAB1 )
• K _v β2 ( KCNAB2 )
• K _v β3 ( KCNAB3 )
• minK ( KCNE1 )
• MiRP1 ( KCNE2 )
• MiRP2 ( KCNE3 )
• MiRP3 ( KCNE4 )
• Asemănător KCNE1 ( KCNE1L )
• KCNIP1 ( KCNIP1 )
• KCNIP2 ( KCNIP2 )
• KCNIP3 ( KCNIP3 )
• KCNIP4 ( KCNIP4 )

Proteinele minK și MiRP1 sunt supuse subunități beta hERG.

Cercetarea animalelor

Canalele K ^{+ cu} tensiune care asigură curenții externi ai potențialelor de acțiune au similitudini cu canalele K ⁺ bacteriene .

Aceste canale au fost studiate prin difracție de raze X , permițând determinarea caracteristicilor structurale la rezoluția atomică.

Funcția acestor canale este explorată de studii electrofiziologice .

Abordările genetice includ screening-ul pentru modificările comportamentale la animale cu mutații în genele canalului K ⁺ . Astfel de metode genetice au permis identificarea genetică a genei canalului K ⁺ "Shaker" în Drosophila înainte ca secvențele genetice ale canalului ionic să fie bine cunoscute.

Studiul proprietăților modificate ale proteinelor canalului K ⁺ cu tensiune produse de gene mutante a ajutat la dezvăluirea rolurilor funcționale ale domeniilor de proteine ​​ale canalului K ⁺ și chiar ale aminoacizilor individuali din structurile lor.

Structura

De obicei, canalele K ⁺ cu tensiune vertebrate sunt tetramere a patru subunități identice dispuse ca un inel, fiecare contribuind la peretele porului K ⁺ trans-membranar . Fiecare subunitate este compusă din șase secvențe hidrofobe α-elicoidale care se întind pe membrană , precum și un senzor de tensiune în S4. Latura intracelulară a membranei conține atât amino, cât și carboxi. Structura cristalografică de înaltă rezoluție a canalului K _v α1.2 / β2 de șobolan a fost recent rezolvată (Numărul de acces 2A79 al Protein Databank Bank ) și apoi rafinată într-un mediu asemănător membranei lipidice ( PDB : 2r9r ).

Selectivitate

Canalele K ^{+ cu} tensiune sunt selective pentru K ^{+ în} comparație cu alți cationi, cum ar fi Na ⁺ . Există un filtru de selectivitate în partea cea mai îngustă a porului transmembranar.

Studiile de mutație pe canale au relevat părțile subunităților care sunt esențiale pentru selectivitatea ionică. Acestea includ acidul amino secvența (Thr-Val-Gly-Tyr-Gly) sau (Thr-Val-Gly-Phe-Gly) tipic pentru filtrul de selectivitate dependente de voltaj K ⁺ canale. Pe măsură ce K ⁺ trece prin por, interacțiunile dintre ionii de potasiu și moleculele de apă sunt prevenite, iar K ⁺ interacționează cu componentele atomice specifice ale secvențelor Thr-Val-Gly- [YF] -Gly din cele patru subunități ale canalului [1] .

Poate părea contraintuitiv că un canal ar trebui să permită ionii de potasiu, dar nu și ionii de sodiu mai mici. Cu toate acestea, într-un mediu apos, cationii de potasiu și sodiu sunt solvatați de moleculele de apă. Când se deplasează prin filtrul de selectivitate al canalului de potasiu, interacțiunile apă-K ⁺ sunt înlocuite de interacțiuni între grupările K ⁺ și carbonil ale proteinei canalului. Diametrul filtrului de selectivitate este ideal pentru cationii de potasiu, dar prea mare pentru cationii de sodiu mai mici. Prin urmare, cationii de potasiu sunt bine „solvatați” de grupările carbonil proteice, dar aceleași grupări carbonil sunt prea depărtate pentru a solvata în mod adecvat cationii sodici. Prin urmare, trecerea cationilor de potasiu prin acest filtru de selectivitate este puternic favorizată față de cationii de sodiu.

Conformații deschise și închise

Structura canalului K ⁺ cu tensiune de la mamifere a fost utilizată pentru a explica capacitatea sa de a răspunde la tensiunea din membrană. La deschiderea canalului, modificările conformaționale din domeniile senzorului de tensiune (VSD) au ca rezultat transferul a 12-13 încărcări elementare în câmpul electric al membranei. Acest transfer de încărcare este măsurat ca un curent capacitiv tranzitoriu care precede deschiderea canalului. Se știe că mai multe reziduuri încărcate de VSD, în special patru reziduuri de arginină localizate în mod regulat la fiecare a treia poziție pe segmentul S4, se deplasează pe câmpul transmembranar și contribuie la încărcarea de închidere. Poziția acestor arginine, cunoscute sub numele de arginine de porți, sunt foarte conservate în toate canalele de potasiu, sodiu sau calciu cu tensiune. Cu toate acestea, amploarea mișcării și deplasarea lor pe întregul potențial transmembranar a fost supusă unei ample dezbateri. Au fost identificate domenii specifice ale subunităților canalului care sunt responsabile pentru detectarea tensiunii și conversia între conformațiile deschise și închise ale canalului. Există cel puțin două conformații închise. În prima, canalul se poate deschide dacă potențialul membranei devine mai pozitiv. Acest tip de porțiune este mediată de un domeniu de detectare a tensiunii care constă din helixul alfa S4 care conține 6-7 sarcini pozitive. Modificările potențialului de membrană determină mișcarea acestei helice alfa în stratul bistrat lipidic. La rândul său, această mișcare are ca rezultat o schimbare conformațională a elicoidelor S5 – S6 adiacente care formează porul canalului și determină deschiderea sau închiderea acestuia. În al doilea rând, inactivarea „de tip N” , canalele K ⁺ cu tensiune închisă se inactivează după deschidere, intrând într-o conformație distinctă, închisă. În această conformație inactivată, canalul nu se poate deschide, chiar dacă tensiunea transmembranară este favorabilă. Domeniul amino terminal al canalului K ⁺ sau al unei proteine ​​auxiliare poate media inactivarea "de tip N". Mecanismul acestui tip de inactivare a fost descris ca un model de "bilă și lanț", în care capătul N-terminal al proteinei formează o bilă care este legată de restul proteinei printr-o buclă (lanțul). Mingea legată blochează gaura interioară, împiedicând mișcarea ionilor prin canal.

Farmacologie

Pentru blocanți și activatori ai canalelor de potasiu cu tensiune, vezi: blocant de canal de potasiu și deschizător de canal de potasiu .

Vezi si

• Canalul ionic
• Domeniul tetramerizării canalului de potasiu
• Familia canalului ionic

Referințe

linkuri externe

• Tensiune-Gated + Potasiu + Canale la Biblioteca Națională de Medicină a SUA Rubricile subiectului medical (MeSH)
• „Canale de potasiu cu tensiune” . Baza de date IUPHAR de receptori și canale ionice . Uniunea Internațională de Farmacologie de Bază și Clinică.
• Li B, Gallin WJ (ianuarie 2004). "VKCDB: baza de date a canalelor de potasiu cu tensiune" . BMC Bioinformatică . 5 : 3. doi : 10.1186 / 1471-2105-5-3 . PMC  317694 . PMID  14715090 .
• „Baza de date a canalelor de potasiu cu tensiune (VKCDB)” la ualberta.ca
• Orientarea UMich a proteinelor în familiile de membrane / superfamilia-8 - Pozițiile spațiale ale canalelor de potasiu cu tensiune în membrane